妊娠第3周，胎兒甲狀腺起始于前腸上皮細胞突起的甲狀腺原始組織，妊娠第5周甲狀舌導管萎縮，甲狀腺從咽部向下移行，第7周甲狀腺移至頸前正常位置。妊娠第10周起，胎兒腦垂體可測出TSH，妊娠18～20周臍血中可測到TSH。
胎兒甲狀腺能攝取碘及碘化酪氨酸，耦聯成三碘甲腺原氨酸(T3)、甲狀腺素(T4)，并釋放甲狀腺激素(thyroid hormone)至血循環。妊娠8～10周，甲狀腺濾泡內出現膠狀物，開始合成T4。妊娠20周時T4水平升高，但在20周前胎兒血清中TSH、T3、T4、游離T3(FT3)、游離T4(FT4)水平均十分低，甚至測不出。胎盤不能通過TSH，很少通過甲狀腺激素，說明胎兒的垂體-甲狀腺軸與母體是彼此獨立的。至妊娠中期，胎兒下丘腦-垂體-甲狀腺軸開始發揮作用，TSH分泌水平漸增高，一直持續至分娩。TSH在母體中整個孕期均無變化，羊水中TSH正常情況下測不出。由于胎兒血T4在TSH影響下漸漸升高，甲狀腺素結合球蛋白(TBG)的濃度也同時升高。抗甲狀腺藥，包括放射性碘，可自由通過胎盤，所以患甲狀腺功能亢進癥(簡稱甲亢)的母親孕期接受抗甲狀腺藥治療后娩出的新生兒可患甲狀腺功能減低癥合并甲狀腺腫。
新生兒TSH正常值逐日變化，生后不久，約30～90min，由于冷環境刺激，血中的。TSH突然升高，于3～4天后降至正常，在TSH影響下，T3與T4在生后24～48h內亦升高。了解以上這些激素濃度的生理性變化，才能正確地估價新生兒期的甲狀腺功能。